[发明专利]碱性氨基酸改性硅胶材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了碱性氨基酸改性硅胶材料及其制备方法和应用，所述方法为将碱性氨基酸通过化学方法接枝在硅胶上，具体为：硅胶上的硅羟基与硅胶偶联剂反应，形成的活性位点与具有CBZ保护的碱性氨基酸连接，然后采用钯碳试剂脱去CBZ保护，制备获得碱性氨基酸改性硅胶材料。本发明新颖地将碱性氨基酸连接在硅胶基质上，既保持了硅胶粒径小、热稳定性高等性质，而且碱性氨基酸上具有多个功能性氨基位点，能够与重金属离子高亲和性结合，提高了对重金属的吸附容量。此外，碱性氨基酸改性硅胶材料不仅能够高效脱除水和茶多酚水溶液中的重金属，而且对茶多酚的损耗较小。因此，其能够很好地应用于工业废水处理和茶多酚及茶饮料的重金属脱除中，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于化学材料技术领域，涉及一种重金属脱除吸附柱的材料，具体为碱性氨基酸改性硅胶材料及其制备方法和应用。

背景技术

重金属是一类不可生物降解，易被生物体吸收和富集且对生物体有很高毒性的污染物。化学制造、采矿、冶金等工业活动中产生的工业废水含有大量重金属，对土壤和农作物造成了严重的污染。重金属污染不仅造成了大量的经济损失，同时也对人类健康构成了巨大的威胁。随着土壤、水源、生态环境的污染日益严重，淡水和食品中重金属的污染也逐渐加重，因此脱除水和食品中的重金属已成为当下的一个热点话题。

目前，许多方法被应用于废水中重金属的脱除，如沉淀法、过滤法、离子交换法、反渗透法、吸附法等。其中吸附法因其操作灵活，能耗低，选择性高，吸附剂可逆再生等优点，成为一种广受青睐的技术手段。在工业上，通常采用吸附柱来提高吸附效率，实现连续的吸附-解吸操作和吸附剂的再利用。以前的研究已经表明，由于氨基能够提供孤对电子，与重金属表现出更强的配位能力；因此，氨基官能化的吸附材料对重金属如Pb、Cu、Cd、Cr、Zn、Mn等均具有良好的吸附效果(Da'na,E.(2017).Adsorption of heavy metals onfunctionalized-mesoporous silica:A review.Microporous and MesoporousMaterials,247,145-157.)。然而，这些材料存在生产成本高、代入新的污染物和重复利用性差等问题，不适用于工业和扩大生产。目前，已有报道将氨基酸结合在硅胶上的方法，专利CN108114705A公开了一种将碱性氨基酸改性在硅胶基上的方法，但该方法是将硅胶上连接的硅胶偶联剂进行环化反应后，通过开环加成的方法将碱性氨基酸结合在硅胶上，此外该专利所制备的碱性氨基酸硅胶材料是作为亲水色谱分离材料。(梁鑫淼,刘艳明,祝建华,金高娃,郭志谋,郭照阳.一种硅胶基质碱性氨基酸改性固定相及其制备和应用[P].辽宁：CN108114705A,2018-06-05.)此外，专利CN108114707A也公开了一种疏水氨基酸与硅胶的改性方法，但该方法与上述CN108114705A的方法及原理基本一致(梁鑫淼,郭照阳,郭志谋,金高娃,刘艳明,祝建华.一种硅胶基质疏水性氨基酸改性固定相及其制备和应用[P].辽宁：CN108114707A,2018-06-05.)。

发明内容

解决的技术问题：基于上述内容，本发明采用较便宜的硅胶作为制备材料，不仅降低了成本，而且与介孔硅胶相比，样品更容易穿透硅胶作为吸附柱，提高了可操作性。本发明以硅胶为基质材料，将氨基保护的碱性氨基酸通过化学修饰与硅胶连接，然后脱去氨基保护剂后制备成具有多氨基功能位点的功能化材料，并以此材料为吸附柱填料，动态脱除水和茶多酚中的重金属并对茶多酚损耗较小，是一种脱除重金属的理想材料，在污水处理和水溶性茶提取物的绿色加工中应用前景广阔。

技术方案：碱性氨基酸改性硅胶材料的制备方法，所述方法为将碱性氨基酸通过化学方法接枝在硅胶上，具体为：硅胶上的硅羟基与硅胶偶联剂反应，形成的活性位点与具有CBZ(甲酸苄酯基)保护的碱性氨基酸连接，然后采用钯碳试剂脱去CBZ保护，制备获得碱性氨基酸改性硅胶材料。

优选的，CBZ氨基保护碱性氨基酸接枝的方法是将CBZ氨基酸与硅胶偶联剂在1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)和N-N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的激活下，20-80℃反应2-24h。